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时间窗模式下机组检修计划模型研究与应用

更新时间:2016-07-05

0 引 言

发电机组检修计划编制是电力系统调度运行的关键内容,对电网供电能力具有显著影响。随着我国电力市场化改革的不断推进,传统行政指令主导的检修计划编制模式必将改变。引入市场化调整手段,形成公平、公开的检修计划编制体制已成为电力市场下发电机组检修计划编制的必然趋势。

检修时间窗模式是当前一种较为成熟的市场化发电机组检修计划形成机制[1-2],在美国、英国等电力市场起步较早的国家得到了较为广泛的应用。文献[3]设计了电力市场环境下发电机组检修计划调整机制,通过开展检修时间调整满足电网运行可靠性要求。文献[4]介绍了国外市场模式下发电机组按照时间窗模式申报检修计划的内容和要求。文献[5]提出了基于市场公平性的发电机组检修计划编制模型,以提升不同发电机组检修计划的时间和次数。文献[6]基于我国市场发展要求,设计了发电机组检修市场的模式,其核心思想在于引入检修成本,实现检修计划的市场化交易。文献[7]深入研究了电力市场环境下的发电机组检修问题,提出了以备用容量充裕度最大为目标的检修计划编制模型。

可以发现尽管检修市场窗模式在国外得到了广泛的开发和应用。但是由于我国电力市场改革起步较晚,相关的研究还比较少。检修时间窗模式下发电机组检修计划优化编制的模型和算法还不够成熟。

为此,本文将首先介绍发电机组检修计划时间窗编制模式,分析其技术要求和实施难点;接着从独立调度机构(Independent System Operator,简称ISO)进行检修计划优化编制的角度出发,提出系统层面发电机组检修计划优化编制的模型和算法;最后,以该模型和算法为核心,设计了发电机组检修计划优化编制的系统功能架构,并介绍了其在西北电网的应用情况。

1 时间窗模式的主要内容和实施要点

1.1 时间窗模式的主要内容

发电机组检修时间窗模式本质上是一个以时间窗口为申报主要内容的发电机组检修计划平台式管理模式。所谓“平台式”,是指发电企业能够按照其意愿申报其检修计划方案,ISO在编制最终的检修计划时必须做到公平、公正。这一点有别于当前我国大部分地区电网在进行发电机组检修计划优化时以行政指令为主导,编制过程不透明,编制结果不公平的非市场模式[3]32。在该平台上,发电企业必须按照规定向ISO申报其发电意愿,主要申报内容包括每台发电机组检修计划时段方案和各方案所对应的意愿成本。

检修计划时间方案为一台发电机组的一项检修任务的起止日期。由于发电机组检修工作的连续性要求,因此对于同一台发电机组的一项检修任务,其申报的任意方案在检修工作期间必将是连续的。意愿成本则是该发电机组为争取某一检修计划时间方案所愿意支付的费用,该费用的高低实际上就代表了该检修工作对该发电机组的重要程度。

图1所示为检修时间窗模式下一发电企业对其所辖的一台发电机组所申报的检修计划意愿方案示意图。图1中取值为1的时段表明该发电机组处于停机检修状态,取值为0则表明发电机组并不处于停机检修状态。表1为该发电机组各检修计划意愿方案时间范围、检修天数和意愿成本的基本信息。可以发现发电机组的各检修计划时间方案均为一个个类似“时间窗口”形状的连续区间。从表1可以看出不同方案下发电机组的检修意愿不同,在示例的3个方案中发电企业偏向于选择时间段,且安排时间靠前的方案1。

图1 发电机组检修时间窗申报示例

表1 发电机组检修计划方案对比

方案名称检修起止周总周数意愿成本/万元方案1[6,9]44方案2[10,14]53方案3[40,45]62

1.2 时间窗模式的实施要点

1)厂网互动模块

1)发电企业申报检修时间窗及各时间窗所对应的意愿成本

第一,毛泽东一直认为共产党办事的权力是人民给的。几十年里多次讲这个问题。“我们的权力是谁给的?是工人阶级给的,是贫下中农给的,是占人口百分之九十以上的广大劳动群众给的。我们代表了无产阶级,代表了人民群众,打倒了人民的敌人,人民就拥护我们。共产党基本的一条,就是直接依靠广大革命人民群众。”[9]但是,这个正确的理念始终没有制度化,各级干部一直实行任命制,没有实质上的人民授权程序。这就给权力异化留下了巨大空间。尽管,毛泽东在《鞍钢宪法》中提出了工人参加管理的原则,在文化革命中规定权力机关要有群众代表,体现了让群众参加管理的思想。但毕竟不是民众授权的制度设计。

在ISO规定的时间范围,发电企业根据自身生产计划安排及市场评估分析,提交其所辖各发电机组的检修计划时间窗和各检修计划方案所对应的意愿成本。为了规范申报,ISO需要对其申报时间和意愿价格范围作相应规定。

电网运行可靠性约束是指所安排的发电机组检修计划必须满足电力供应的备用要求。可选用失负荷概率、发电容量充裕度和备用容量充裕度等指标来对电网运行可靠性进行评价[8-9]。上述指标计算方法不同,但是从算法原理和指标含义来说,实际上可按照其是否考虑机组的运行可靠性分为确定性指标和概率性指标两大类[10-11]。在上述两大类指标中尽管指标项的计算过程有所差别,但物理含义相同,为此本文各选用一项指标来进行电网运行可靠性分析。确定性指标选用备用容量充裕度指标,概率性指标选用供电可信容量指标。为保证电网运行可靠性,要求上述两项指标不得低于规定限值。上述关系可表示如下:

该步骤是时间窗模式的核心内容,也是本文所研究的主要内容。ISO在接收到所有发电企业规定时间范围的检修计划申请后,在确保电网供电可靠性的前提下,按照经济原则编制发电机组检修计划。这部分的建模和求解方法将在本文下一节进行详细介绍。

3)ISO根据检修计划实际执行情况对各发电厂进行考核和补偿

式中:γi为发电机组i的故障停运率。

连锁经营模式创造了经济模式上的新、企业管理模式上的新、人才流通上的新和物流方面的新,打破了人们传统意义上的经营,真正地做到了链条式的经营管理模式,是需要当前企业不断学习、不断发展、不断进步的模式。连锁经营管理模式是真正打破常规的发展模式,在我们国家乃至世界的发展中都拥有相当高的地位。连锁企业的经营管理模式不再死守老旧的管理机制,而是将企业发展成为链条式的大型产业,涉及到我们生活中各行各业的经济发展和人员流通,为许多想创业的年轻人提供了机会,是我们史无前例的“高新”。

图2 时间窗模式实施流程

2 时间窗模式下检修计划模型与算法

2.1 优化目标

传统发电机组检修计划优化编制中,发电机组不同的检修时间所对应的成本难以量化。而在时间窗模式下,发电机组不同检修计划所对应的成本可通过其申报的意愿成本量化。因此,时间窗模式下发电机组检修计划优化编制的目标为所采用的检修计划时间窗满足意愿成本最小,该目标函数可表示为:

公式(52)、(53)是包含的一元方程.若这两方程有解,则可求得最优的供货量和即价格随机的突发事件发生时,供应链均存在最优供货量,同时有多组最优的q*,α*组合,它们分别受和的约束.

近几年,我国医学院校实验室安全管理工作得到了很大的发展,许多医学院校通过专门的实验室安全管理机构,启动了实验室安全操作的培训教育工作,通过制定了相应的实验室管理规则,来确保安全技能的掌握、安全意识及安全文明习惯的养成以及实验室的使用者对实验室安全知识的学习,但在具体的执行过程中,尚存在责任人的追溯不力,实验室管理评价体系宏观的管理平台建设不完善等诸多问题,还需高度重视。主要问题如下。

5)指导同学根据临床诊断结果将表达谱数据在EXCEL里进行分组,然后进行t检验,并且按照P值进行升序排序。

(1)

该约束项包括两个方面要求:①决策变量所代表的检修计划方案采用情况须为0~1变量;②任意发电机组的检修计划方案有且仅有一个被采用。上述约束条件可表示如下:

在AP1化探综合异常区中,通过10-18线地物化综合剖面测量(图2),发现一条较好的相对高阻、高极化并伴有相对高的磁测异常带,长度大于800m以上,宽度在200-300 m左右,走向北东30-40°,并且化探剖面显示有强烈的Mo、Sn、Pb等元素异常。

根据标准规范及产品设计技术要求,对试验试件焊接接头进行无损检测、力学性能检测、金相检测和腐蚀试验结果如下。

2.2 约束条件

所需要考虑的约束条件包括机组检修意愿约束、电网运行可靠性约束两大类。

1)机组检修意愿约束

在标准的平方根UKF算法中对于求向前一步预测的估计协方差平方根Sk+1|k由式(7)与式(8)给出,但按式(8)实际的可表达为

式中:NG表示系统中的发电机组台数;Ni为第i台发电机组所申报的检修计划时间窗方案数;pi,j为第i台发电机组所申报的第j项检修计划时间窗所对应的意愿成本;xi,j为0~1决策变量,代表第i台发电机组所申报的第j项检修计划时间窗被采用的状态。

xi,j={0,1} ∀i=1,2…,NG,j=1,2…,Ni

(2)

i=1,2…,NG

(3)

如式(2)为决策变量取值约束,式(3)为决策变量取值之和为1的约束项。

2)电网运行可靠性约束

2)ISO按照公平、公正的原则编制发电机组检修计划

RtRsett=1,2…,NT

(4)

EtEsett=1,2…,NT

(5)

式中:NT为检修计划所对应的优化周期;RtEt分别为该运行周期内第t个运行点的备用容量充裕度和供电可信容量;RsetEset为所规定的备用容量充裕度限值和供电可信容量限值。

其中,第t个运行点的备用容量充裕度计算公式如下:

(6)

式中:Wi为发电机组i的装机容量;μi,j,t为0~1常量,用于表示第t个运行点是否处于发电机组ij个检修计划方案所对应的检修周期内,当不处于时,取值为1,否则为为第t个运行点的最大负荷预测值。

t个运行点的供电可信容量计算公式如下:

(7)

根据检修计划管理要求,ISO对各发电机组实际检修计划执行情况进行统计,并按照相关标准对发电企业执行情况考核和补偿。由于各电力市场规定不同,因此考核和补偿的标准不同,这里不作赘述。

2.3 求解算法

本文所提出的时间窗模式下发电机组检修计划优化编制模型实际上为混合整数线性规划问题,该问题可基于Cplex等成熟软件包直接求解[5]17-18,本文不再赘述。

3 系统设计与实践应用

3.1 系统功能框架

时间窗模式下发电机组检修计划优化编制系统与传统检修计划优化编制模式的差别在于需要提供一个开放的厂网互动平台,为发电企业提供其所辖发电机组检修计划方案申报的窗口。该系统的功能框架如图3所示。整个系统按照其实现功能,可划分为三个功能模块。

时间窗模式下发电机组检修计划编制与执行的实施流程如图2所示。其实施要点包括:

2)检修计划优化编制

作为ISO和发电企业信息交互的窗口,主要实现如下三方面功能:发电机组基础信息管理,检修计划方案申报和检修计划考核申诉和考核、补偿信息查询。发电企业可在其功能模块下实现对其所辖发电机组的基础信息管理,包括装机容量、故障停运率等。检修计划方案申报则是发电企业将其检修意愿按照时间窗要求的数据结构进行申报,所申报的内容包括检修时间窗和意愿成本。检修计划考核申诉和考核、补充信息查询,是在实际运行后,发电机组根据实际运行情况对ISO所公布的考核费用和补充费用对其进行查询、申诉。

该功能模块为ISO发电机组检修计划编制人员所主要使用的功能模块。该模块以本文第2节所提出的时间窗模式下的发电机组检修计划优化编制模型构建。编制人员在该功能模块下除进行数据信息查询、编制外,还能根据所编制计划的备用容量充裕度、发电可信容量指标对其进行综合评估。

3)检修计划执行情况分析

试点单位在构建标准体系过程中,应结合其前期诸如ISO 9000或ISO 14000管理体系认证的体系文件,即基于现有制度或体系和自身的管理架构、经营方式划分建设标准体系,以使构建的体系良好地契合试点单位原有的工作流程、管理模式。同时,应持续优化标准体系,不断提高标准的技术含量,通过全面标准化管理,实现服务业标准化事业统筹发展,让试点示范的标准体系成为国家级服务业标准化试点的排头兵,为服务业领域产生积极的示范和辐射作用。

该模块是按照检修计划编制结合和发电机组实际检修计划执行情况,对其进行考核和补偿。各电力市场均会根据自身情况制订其考核和补偿标准。一般来说当发电机组检修计划实际周期短于申报周期且短于全网同类检修内容平均检修周期时,表明执行情况较好,可给予适当补偿;当超过其申报周期时,则需要对其进行考核。该模块所需要的发电机组实际检修计划执行情况数据来自于发电计划编制系统。

从日本、瑞典两个经济发达国家传统产业发展的实践中,可以发现一些共同点:(1)两个国家的经济发展与传统产业的发展密不可分,两个国家一段时间内的经济发展就是靠传统产业支撑起来的;(2)当工业化进行到一定阶段,两个国家均进行产业结构转型,淘汰没有竞争力的一些传统产业,如纺织业,继续发展一些传统产业,并进一步增强其竞争力,如钢铁业;(3)两个国家有一定发展基础,并且有资源优势的一些传统产业在世界上均有影响力,如钢铁业、汽车业.

图3 系统功能架构

3.2 实践应用效益

本文所提出的时间窗模式发电机组检修计划优化编制模型与方法已在西北电网得到实际应用。从一年的实践应用情况来看,该系统的开发应用为厂网检修计划优化创造了显著效益,具体表现如下:

(1)改变了传统指令式的编制模式,改善了厂网关系。项目实施后,各发电企业不仅能够提交检修计划申请,而且能够从公开平台了解编制过程,大大提升了编制透明度,从而改善了厂网关系。

(2)引入了检修意愿价格,提升了电网运行效益,特别是水火电检修计划协调优化效益。通过引入检修意愿价格,水电通过支付更高的成本获得枯水期检修的机会,而火电机组则可获得相应的价格补偿。实际上实现了检修计划层面水火互济,大大提升了双方的运行效益。

(3)增加了检修计划考核力度,发电机组检修计划完成率大幅提高。时间窗模式下由于检修计划需要支付意愿成本,因此发电企业更加重视检修计划完成率。从西北电网的实践情况来看,实施一年来,检修计划完成率由实施前的60%提升至95%,提升幅度超过30%。

取干燥的植物材料约20 mg,提取总DNA。psbA-trnH、matK[10]、psbK-psbI[11]和rbcL[12]序列扩增所用引物及PCR反应条件见表2。50 μL反应体系包括:24 μL Taq PCR Master mix,20 μL ddH2O,上、下游引物各2 μL,2 μL模板DNA(20~50 ng/μL)。扩增后,取PCR产物 5 μL 于1.2%~1.5%的琼脂糖凝胶中电泳检测,筛选出具有单独和清晰条带的样品送测序。

4 结束语

本文介绍了电力市场发电机组检修计划编制常用的时间窗模式。提出了基于时间窗的发电机组检修计划优化编制模型与算法。该成果已用于西北电网的发电机组检修计划编制,在改善厂网关系、提升运行效益和提高检修计划完成率三个方面取得了显著的实施效益。

参考文献:

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马晓伟,薛斌,褚云龙,郭少青,张德亮,黄红伟
《电气自动化》 2018年第02期
《电气自动化》2018年第02期文献

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